某高层公寓底部剪力墙受冻后的检测、鉴定及加固

哈尔滨某大厦的检测、鉴定与加固

王有军* 王公山陈建华张大治刘磊石开明马晓辉
（黑龙江省寒地建筑科学研究院，哈尔滨，150080）
摘要：通过对某大厦尚未竣工就发生地下室墙体混凝土受冻事故的检测、鉴定及加固的过程，探讨了遭受冻害房屋结构的检测和鉴定的方法及内容，分析了冻害对混凝土结构的影响，并提出了相应的加固补强处理措施。
关键词：高层建筑，混凝土受冻损伤，检测，鉴定，加固
中图分类号：TU311.2 文献标志码：B 文章编号：
Detection, Appraisal and Strengthening of a Mansion in Harbin
Wang You-jun* Wang Gong-shan Chen Jian-hua Zhang Da-zhi Liu Lei Shi Kai-ming Ma Xiao-hui
( Heilongjiang Province Academy Of Cold Region Building Research,Harbin,150080)
Abstract During the period of detection，appraisal and strengthening of a mansion in which the concrete wall has been frost before the completion，we have discussed some methods and contents of the detection and appraisal, analyzed the influence of a frozen damage to the concrete structure，and put forward some effective methods of strengthening in this article.
Key words Tall biulding，Frost damage in concrete，Detection，Appraisal，Strengthening
1 工程概况
该大厦是一幢高层住宅楼，位于哈尔滨市道里区友谊路附近，该工程占地面积约740m2，地下1层，地上30层，总高度96m，剪力墙结构，桩筏基础，抗震设防类别为丙类，结构抗震等级为三级，地下混凝土结构所处环境类别为二b类，混凝土强度等级为C50，防水混凝土抗渗等级为S12。
该工程于2003年10月动工兴建，2003年11月18日至23日浇筑地下一层剪力墙混凝土，当时环境温度为-18℃～4℃，已进入冬期施工；2004年3月复工前进行越冬检查，发现局部剪力墙混凝土有受冻迹象，且混凝土强度未达到设计要求。
2 受冻构件的现场检测
2.1 检测工作概况
为了了解受冻区域混凝土的实际强度及强度分布的离散性，对该大厦地下一层剪力墙混凝土进行强度检测。现场检测时，将该部分墙体划分为50个构件，每个构件均采用回弹法进行混凝土强度检测，从50个构件中又选取了10个构件，采用超声回弹综合法进行混凝土强度检测，从50个构件中还选取了6个构件，并在回弹区域钻取混凝土芯样，进行抗压强度试验，用芯样抗压强度试验结果和回弹结果计算修正系数，对回弹值进行修正。
2.2 检测结果分析
通过回弹检测、超声回弹综合法检测及取芯抗压法检测修正，该大厦地下一层剪力墙受冻区域混凝土强度等级推定值在C20~C45之间，标准差在4.85～7.04之间，强度检测结果表明，混凝土均质性较差、强度离散性较大，同时还证明了不通区域的混凝土受冻害影响程度也不同，实测强度越低，所受冻害越严重；检测区域混凝土构件平均碳化深度在5mm～
作者介绍：王有军（1961～），男，教授级高级工程师
8mm之间，且测区碳化深度≥6mm者占绝大多数，受冻伤较严重的部位，碳化深度也相对较大，分析其原因认为，因冻胀作用是混凝土内部结构产生微裂纹，混凝土内孔隙增多，碳化速度必然加快，其结果将使混凝土保护层对钢筋的阻锈作用减弱，对混凝土的耐久性必然有一定的影响。取芯抗压法与回弹法检测强度结果对比详见表1，超声回弹综合法与回弹法检测强度结果对比详见表2。
表1 取芯抗压法与回弹法检测强度结果对比表
序号检测部位回弹强度
（MPa）芯样强度
（MPa）芯样强度
回弹强度
修正系数
平均值最小值
1 1/3轴上E~C轴间南侧上部墙体 25.4 34.4 1.35 1.31 1.16
2 3轴上C~B轴间南侧上部墙体 15.9 18.5 1.16
3 B轴上3~5轴间东侧上部墙体 28.3 37.2 1.31
4 B轴上3~5轴间东侧下部墙体 29.3 37.5 1.28
5 9轴上B~C轴间东侧下部墙体 23.0 30.3 1.30
6 B轴上11~13轴间东侧上部墙体 29.9 37.2 1.41

表2 超声回弹综合法与回弹法检测强度结果对比表
序号检测部位超声回弹综合法回弹法
平均值（MPa）推定值（MPa）平均值(MPa）推定值（MPa）
1 7轴上东侧下部墙体 51.0 39.3 40.6 33.1
2 9轴上东侧下部墙体 28.1 21.7 34.1 26.2
3 3轴上F~G轴间南侧墙体 33.3 26.1 30.7 26.5
4 K轴上6~8轴间西侧墙体 52.4 45.6 46.8 40.3
5 L轴上11~12轴间西侧墙体 53.2 40.7 50.1 44.9
6 15轴上K~L轴间南侧墙体 53.2 45.8 46.8 38.1
7 15轴上J~K轴间南侧墙体 48.0 45.2 46.8 38.1
8 14轴上H~J轴间南侧墙体 45.8 41.5 43.1 37.3
9 14轴上G~H轴间南侧墙体 45.5 42.4 43.1 37.3
10 14轴上E~F轴间南侧墙体 34.3 27.4 40.9 38.2

cjh_sh

2006年11月12日 17:06:34

2楼

3 模拟试验
3.1 试验目的
通过模拟试验，确定实验室受冻混凝土弹性模量、抗渗性能和钢筋粘结强度损伤程度，根据模拟试验损伤比例评估结构受冻后的损伤程度，为加固设计提供依据。
3.2 试验方法
3.1.1 按照施工配合比，并采用工地送样材料的配置混凝土，分别制作抗压强度、抗渗等级、静弹性模量和钢筋粘结强度试件；
3.1.2 试块浇筑完成后立即送入-20±1℃的冷冻室进行7天负温养护，同时留置相应数量的试件进行标准养护，与负温养护试件进行对比；
3.1.3 负温养护七天后的试件在达到龄期后转入标准养护室进行7天标准养护，以备测试-7+7d龄期的各项性能；
3.1.4 在达到-7+7d龄期后，分别按照GB/T 50081、GBJ82及普通混凝土与钢筋粘结强度试验方法的规定测试混凝土强度、弹性模量、钢筋粘结强度和抗渗等级。
3.3 试验结果
-7+7d龄期后，测得混凝土弹性模量Ec=1.19×104MPa，钢筋粘结强度为1.55MPa，抗渗等级为S4，立方体抗压强度为23.4MPa。
4 结构验算及加固设计
根据检测结果及模拟试验结果可知，该大厦地下一层剪力墙受冻部位混凝土的抗压强度、弹性模量、抗渗等级及钢筋粘结强度均不满足设计要求，因此必须对其进行加固处理以提高该部分结构的承载能力、抗渗性能及耐久性。根据墙体受损情况及特点，本次加固采用双侧增大截面法进行加固处理，即在原有混凝土剪力墙内侧和外侧分别增设新的钢筋混凝土墙体，并与原有墙体进行可靠连接。
4.1 加固设计计算原则与方法
4.1.1 帮贴后剪力墙压应力计算
由于加固前房屋主体结构已建至24层，所以验算时应先根据结构已施工部分的恒载及施工荷载计算出现有地下室墙体的应变，工程竣工并投入使用后，在实际荷载作用下，加固后的地下室墙体新增应变为。
根据静力平衡条件，可得公式（1）：
（1）
根据变形协调条件，可得公式（2）：
（2）
根据虎克定律，可得公式（3）和（4）：
（3）
即：（4）
式中：－加固前24层状况下，地下一层墙体应变值；
－续建6层后，地下一层墙体新增应变值；
－工程竣工后，地下一层墙体总应变值；
－原有墙体受冻混凝土弹性模量；
－新增墙体混凝土弹性模量；
－原有墙体横截面积；
－新增墙体横截面积；
－工程竣工后，地下一层墙体总竖向荷载设计值；
－续建6层后，地下一层墙体新增荷载。
剪力墙轴压比控制在0.7以内，加固后剪力墙应满足下式要求：
原有墙体：（5）
新帮墙体：（6）
经过计算，原有受冻剪力墙经过帮贴加固后，均满足上式要求。
4.2.2 帮贴后剪力墙承载力验算
根据《混凝土结构加固技术规范》（CECS 25:90），考虑新旧混凝土协同工作，加固后剪力墙承载力为：
（7）
式中：－加固后构件的稳定系数；
－原有墙体混凝土抗压强度设计值；
－原有墙体横截面积；
－原有墙体纵向钢筋抗压强度设计值；
－原有墙体纵向钢筋截面面积；
－新帮墙体混凝土内压应力；
－新帮墙体横截面积；
－新帮墙体纵向钢筋压应力；
－新帮墙体纵向钢筋截面面积。
4.2地下一层剪力墙加固设计
根据现场情况及日后使用要求，除电梯井部位墙体采用单侧加大截面加固法之外，其余墙体均采用双侧加大截面加固法。
后帮剪力墙采用C35补偿收缩混凝土，HRB335级钢筋，钢筋直径12，双向间距均为250mm，钢筋保护层厚度取值：迎水面为50mm，背水面为25mm，新帮墙体混凝土必须采取切实可行的技术措施使抗渗等级达到S12；新帮墙体施工前，原有剪力墙墙身表面必须用钢丝刷打磨去除墙身表面浮浆，然后对墙身表面进行凿毛处理，并将受冻严重部分剔除干净，然后用清水清洗掉表面残渣及浮灰；新帮墙体与原有墙体之间采用钻孔植筋法进行锚固连接，植筋直径为14，双向间距均为500 mm，且呈梅花形布置。详细构造如图1、图2所示。
图1 受冻墙体加固构造示意图
图2 加固构造细部节点详图
该工程于2004年10月进行加固施工，同年11月底完工，目前，该大厦已投入使用1年多，使用效果良好，一切正常。
5 结束语
本文通过介绍一栋正在施工过程中的高层建筑地下室墙体混凝土受冻损伤情况，以及对其进行检测、鉴定和加固的整个过程，了解到混凝土结构遭受冻伤后，其材料强度、弹性模量、抗渗性能、钢筋粘结强度以及耐久性方面均存在不同程度的降低，其受损结果将导致整体结构安全性和耐久性的降低。因此，对存在冻伤的结构进行检测和鉴定，并在检测和鉴定的基础上，对结构采取合理的加固补强措施，才能使遭受冻伤的结构仍具备规范规定的安全性和耐久性，并保证结构的正常使用功能。
参考文献：
[1] 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T 23-2001）
[2] 钻芯法检测混凝土强度技术规程（CECS 03：88）
[3] 混凝土结构试验方法标准（GB 50152-90）
[4] 混凝土结构加固技术规程（CECS 25：90）
[5] 袁海军，姜红.建筑结构检测鉴定与加固手册.北京：中国建筑工业出版社，2003

cjh_sh

2006年11月12日 17:13:50

3楼

加固构造图

cjh_sh

2006年11月12日 17:19:48

4楼

节点详图

cjh_sh

2006年12月09日 12:54:17

5楼

无人问津，太伤自尊了。